Виктор де Касто - PRO Антиматерию

Глубокая симметрия между материей и антиматерией проявляется только если изменить на противоположные три свойства: заряд, четность и время. Когда Штекельберг и Фейнман высказывали свои идеи, считалось достаточным поменять одно из трех свойств, например одно время, для того чтобы показать эту симметрию. Однако теперь мы знаем, что одного недостаточно. Если вы измените на противоположное только одно свойство или два, могут проявиться небольшие различия. Спорным остается вопрос, ведут ли себя материя и антиматерия симметрично под влиянием силы тяжести.

Концепция простейших противоположных космических сил, единства противоположностей представлена в китайской философии инь и ян: инь символизирует свойства тени, зловещего и левой руки, в то время как ян отражает ее солнечную противоположность, символизируя четность и правую руку. Материя и антиматерия разделяют часть этой мистической симметрии, которая, как мы увидим, отличается и глубокой асимметрией, как отражает символ инь и ян.

Джеймс Уотсон Кронин и Вэл Логсден Фитч, американские физики, удостоенные Нобелевской премии (1980) за открытие нарушения фундаментальных принципов симметрии в распаде нейтральных К-мезонов

Выше мы говорили про бозоны, которые состоят из кварков и антикварков. Среди сотен типов есть один, который, как оказалось, демонстрирует абсолютную разницу между материей и антиматерией. Эта странная частица называется нейтральным каоном, обозначается – K 0. Напомним, что каоны – это группа элементарных частиц с нулевым спином и массой около 970 электронных масс, принадлежащая к странным частицам. В группу входят два заряженных и два нейтральных каона. Каоны бывают заряженные, нейтральные, короткоживущие, долгоживущие.

Нейтральный каон состоит из кварка и антикварка с различными ароматами, при сложении электрических зарядов которых получается ноль. Кварк с нижним ароматом вместе с антикварком странного типа дают K 0. Если заменить материю антиматерией, то у вас будут странный кварк и нижний антикварк, которые дают антиверсию K 0.

Первая подсказка о том, что K 0и его античастица – особенные, появилась в 1964 году, во время эксперимента, проводившегося в Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке, во время которого меняли заряды и при этом смотрели в зеркало. До этого времени считалось, что материя и антиматерия будут вести себя одинаковым образом. Однако, к удивлению всех, эксперимент показал, что это не так. По результатам эксперимента сотрудники Брукхейвенской лаборатории, американские физики, которые занимались ядерной физикой и физикой элементарных частиц, Джеймс Кронин и Вэл Фитч, были удостоены Нобелевской премии в 1980 году за открытие нарушения симметрии относительно операции комбинированной инверсии. Комбинированная инверсия обозначается СР, это операция перехода от частиц системы к античастицам (зарядовое сопряжение) с одновременным изменением знаков пространственных координат частиц (пространственная инверсия – Р). Все взаимодействия в природе (за исключением процессов распада одной частицы) инвариантны (то есть не меняются) относительно комбинированной инверсии. Пространственная инверсия (Р) – это изменение знаков пространственных координат на противоположные (то есть х на – х, y на – y, z на – z ), получается при зеркальном отражении координат частиц. Физические процессы, обусловленные сильными и электромагнитными взаимодействиями, не меняются при пространственной инверсии, то есть симметричны по отношению к пространственной инверсии. Зарядовое сопряжение – это операция замены всех частиц, участвующих в каком-либо процессе, на соответствующие античастицы. Сильное и электромагнитное взаимодействия не меняются при зарядовом сопряжении.

Инь и Ян – символ происхождения элементарных частиц

То есть до эксперимента в Брукхейвенской национальной лаборатории считалось, что СР будет «симметрией» законов природы. Однако это не так! После присуждения Нобелевской премии Кронину и Фитчу одна шведская газета написала, что премию по физике дали за открытие того, что «Законы природы неправильны!». Законы природы не неправильны, хотя они оказались более утонченными или даже хитрыми, чем кто-либо предполагал.